Компоненты современного персонального компьютера и их основные характеристики

Современный персональный компьютер включает следующие компоненты:

• • центральный процессор (ЦП), являющийся устройством для управления всеми блоками компьютера и выполнения арифметических и логических операций над данными;
• • внутренняя память, включающая постоянное запоминающее устройство ПЗУ (ROM — Read Only Memory) и основную (оперативную, RAM — Random Access Memory) память или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
• • внешняя память;
• • периферийные устройства, с помощью которых компьютер принимает и передает информацию.

По назначению периферийные устройства можно разделить:

• • на устройства ввода данных;
• • устройства вывода данных;
• • устройства хранения данных;
• • устройства обмена информацией.

Процессор

Процессор — функциональная часть компьютера, выполненная как микросхема и предназначенная для выполнения основных операций по обработке данных и управлению работой других устройств.

Центральный процессор (CPU — Central Process Unit) в общем случае содержит следующие компоненты:

• • устройство управления;
• • арифметико-логическое устройство;
• • микропроцессорную память (регистры);
• • интерфейсную часть;
• • кэш-память.

Основными параметрами процессора являются: разрядность, тактовая частота и размер кэш-памяти.

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать за один раз (один такт). Первые процессоры персональных компьютеров были 8-разрядными, а современные процессоры семейства Intel Pentium IV, Intel Core i5, i7 являются 64-разрядными.

Тактовая частота процессора определяется количеством тактов в секунду и измеряется в мегагерцах (МГц), гигагерцах (ГГц) — Генератор тактовой частоты (генератор тактовых импульсов) генерирует электрические импульсы заданной частоты для синхронизации работы процессора и других устройств компьютера. Работа процессора согласуется с частотой тактов, вырабатываемых генератором тактовой частоты, исполняющего роль «метронома» внутри компьютера Такт — промежуток времени между двумя последовательно генерируемыми импульсами, являющийся единицей измерения продолжительности выполнения команды. Исполнение команд занимает от одного до нескольких тактов в зависимости от типа архитектуры процессора.

Частота в 1 МГц соответствует миллиону тактов в секунду. Частота в 1 ГГц соответствует одному миллиарду тактов в секунду. Тактовая частота процессора Pentium 4 — более 2 ГГц, процессора Core i7 — 3,33 ГГц. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность.

Кэш-память — высокоскоростная, сверхоперативная память, служащая буфером между высокоскоростной микропроцессорной памятью и более медленной оперативной память.

Кэш-память предназначена для хранения наиболее часто используемых данных, которые процессор будет использовать в ближайшие такты работы. Время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к основной памяти. За счет этого уменьшается время выполнения очередных команд программы. Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение к основной памяти. Высокопроизводительные процессоры комплектуют кэш-памятью повышенного объема — до 2048 Кбайт и более.

Производительность (быстродействие, скорость) компьютера можно оценить, зная тактовую частоту, разрядность и размер кэш-памяти его микропроцессора. Чем выше значения этих характеристик, тем выше производительность компьютера.

Быстродействие — количество операций микропроцессора, выполняемое в единицу времени. Наиболее распространенной единицей измерения служит МИПС (англ, аббревиатура million instructions per second) — число миллионов операций в секунду для чисел с фиксированной запятой. Первые ЭВМ имели быстродействие порядка 0,1 МИПС, современные супер-ЭВМ — сотни МИПС, быстродействие ЭВМ пятого поколения, свыше 1000 МИПС.

Первый микропроцессор Intel 4004 был представлен 15 ноября 1971 г. корпорацией Intel. Он содержал 2300 транзисторов, работал па тактовой частоте 108 кГц.

Новейшие микропроцессоры семейства Core i3, i5 и i7 содержат порядка 150 млн транзисторов и работают с частотой, превосходящей 3 ГГц, т. е.

3 млрд тактов в секунду. Такие характеристики микропроцессоров обеспечиваются нанотехнологиями создания транзисторов. Их размер в 55 нм соответствует пяти атомарным слоям, используемый сейчас 32 нм технологический процесс работает на уровне молекулы.

Процессоры последнего поколения имеют многоядерную архитектуру, обеспечивающую параллельную многопроцессорную обработку многопоточных приложений. Каждое процессорное ядро представляет собой отдельный процессор с кэш-памятью 1-го, 2-го уровней. Ядра, память и системная шина связаны посредством сетевой технологии. Такая архитектура является будущим микропроцессоров, так как позволяет достичь высокой производительности и в то же время обеспечить эффективное управление питанием и эффективный режим охлаждения процессора.